浅谈低压配电柜的设计与选型

徐向华

上海宝临电气集团有限公司

0 前言

低压配电装置是额定频率交流50 Hz，额定电压380 V的配电系统，主要作用是进行电力分配，负责电能的保护、测量等，也是供电系统中的重要用电设备。低压配电装置可将经过变压器的电压分配到各个用电单元,用于低压配电系统中动力、照明配电之用。

该类产品具有分断能力强，动热稳定性好，电气方案灵活，组合方便，系列性、实用性强，结构新颖等特点。

根据输配电原则，输配电的概念包括三个方面，即输电、变电、配电。其中输电是指电能的传输，通过输电，把相距甚远的发电厂和负荷中心联系起来，使电能的开发和利用超越地域的限制；变电是指利用一定的设备将电压由低等级转变为高等级（升压）或由高等级转变为低等级（降压）的过程；配电则是消费电能地区内将电力分配至用户的分配手段，直接为用户服务。

由此可见，低压配电柜主要承载了为用户直接服务的功能，在输配电系统中是极为重要的环节，是直接牵涉到最终用户用电设备供电、用电安全的最后一道关卡。

1 低压配电柜应用范围

适用于建筑行业、各种工矿企业及变电所、三相交流380V/50Hz及以下电力系统动力、厂区照明配电等，用途广泛，与人民生活息息相关，因此正确选择低压电器制作至关重要。

配电柜的作用：能起到配置电源的作用，当线路出现故障时，有利于控制故障范围，方便找出故障点及时加以排除，无须大面积停电。另外，配电柜内方便放置各种保护设备，如：防止短路的熔断器，防止过载的断路器等，可以对线路和用电设备起到保护作用。即：将电气元器件集中起来，方便使用、检查及维护。

2 低压电器选择

低压电器大体分为两种[2]，一种是接通和断开线路，例如断路器和刀开关及隔离开关等；一种是保护电器，例如马达保护器、火灾保护器、熔断器、热继电器、低压断路器的热脱扣器等各类保护器件。

2.1 主要电器元器件的选型

2.1.1 配电用断路器的选型

1）长延时动作电流整定为导线允许载流量的0.8～1倍。

2）3倍长延时动作电流整定值的可返回时间不小于线路中最大启动电流的电动机的启动时间。

3）可按照负载容量表进行选择。

4）短延时动作电流整定值不小于1.1（Ijx+1.35 kIedm）。

Ijx——线路计算负荷电流；

k——电动机启动电流倍数；

Iedm——最大一台电动机额定电流。

5）短延时时间按被保护对象的热稳定校验。

6）无短延时时，瞬时电流整定值不小于1.1（Ijx+1.35 k1kIedm）。k1为电动机启动电流的冲击系数，取1.7～2。

7）各断路器生产厂型号标识略有不同，图1为断路器型号标识示例（以施耐德公司框架断路器选型为例）。

图1

8）配电断路器一般分为框架断路器及塑壳断路器，分别适用于大电流及小电流的应用场景。框架断路器及塑壳断路器的外形示意图见图2。

图2 框架断路器及塑壳断路器的外形示意图

2.1.2 刀开关及隔离开关的选型

1）按额定电压选：刀开关额定电压≥刀开关工作电压。

2）按额定电流选：刀开关额定电流≥刀开关工作电流。如电路中有电动机，工作电流应按电动机启动电流计算。

图3为隔离开关图例（以施耐德公司产品为例）。

图3 隔离开关

2.1.3 熔断器熔体选型

1）按正常工作电流选择，熔体额定电流≥线路计算电流。

2）按短路电流校验动作灵敏性，Idmin/Ier≥Kr。Idmin——被保护线路最小短路电流；

Kr——熔断器动作系数，一般为4。

3）在选择熔断器时还需注意它的安装方式是否符合实际需求。

2.1.4 热继电器的选型

1）按电动机启动时间选择，tf=（0.5～0.7）td。

tf——热继电器在6Ie下的可返回时间；

td——热继电器在6Ie下的动作时间。

2）按电动机额定电流选择，Iz=（0.95～1.05）Ied。

Iz——热继电器整定电流；

Ied——电动机额定电流。

图4为热继电器图例（以施耐德公司产品为例）。

图4 热继电器

此类电器件一般与交流接触器组合使用。

2.1.5 母线系统的选择

1)根据图纸及技术规范选择；

2)根据铜母线载流量选择。

2.2 低压电器元件的配线选择

常用导线标称截面（mm2）排列如下：1、1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240。

1）1～10 mm2的导线载流量都是截面数值的5倍，约5～50 A；

2）16、25 mm2的导线载流量都是截面数值的4倍，约64～100 A；

3）35、50 mm2的导线载流量都是截面数值的3倍，约108～150 A；

4）70、95 mm2的导线载流量都是截面数值的2.5倍，约175～238 A；

5）120 mm2以上的导线载流量都是截面数值的2倍，约240 A左右。

若是穿管敷设（包括槽板等敷设，即导线加有保护套层，不明露），计算后，再乘0.8系数；若环境温度超过25℃，计算后再乘0.9系数，若既穿管敷设，温度又超过25℃，则可乘于0.7的系数。

低压电器的导线按绝缘材料可分为[4]：YJV(交联聚乙烯绝缘，铜芯，聚氯乙烯护套电力电缆)、YJV22（交联聚乙烯绝缘，铜芯，钢带铠装，聚氯乙烯护套电力电缆）、YJV32（交联聚乙烯绝缘，铜芯，细钢丝铠装，聚氯乙烯护套电力电缆）、YJV43（交联聚乙烯绝缘，铜芯，粗钢丝铠装聚乙烯护套电力电缆）、YJLW02-Z(交联聚乙烯绝缘，铜芯，波纹铝护套聚氯乙烯护套阻水电力电缆)、ZR-YJLW03(交联聚乙烯绝缘，铜芯，波纹铝护套聚乙烯护套阻燃电力电缆)、VV（聚氯乙烯绝缘铜芯聚氯乙烯护套电缆）、VLV22(聚氯乙烯铝芯钢带铠装聚氯乙烯护套电缆)、VV32（聚氯乙烯绝缘铜芯细钢丝铠装聚氯乙烯护套电缆）等。

2.3 低压配电柜柜型的选择

低压配电柜的定义：

一个或多个低压开关设备和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节、按钮、转换开关等设备[3]，由制造厂负责完成所有内部的电气和机械连接，用结构部件完整地组装在一起的一种组合体，通常为立柜形式。

选择依据为：

1）低压柜型可分为固定插拔式和抽屉式；

2）按单台出线回路的数量来确定柜型；

3）按照分隔型式的要求来选择柜型；

4）根据IP等级要求选择相应的柜型。

3 低压配电柜的制作

3.1 使用材料

绝缘导线：带屏蔽层绝缘导线；PVC线槽；PVC套管；压线螺钉；压线支架；各类压线支持件；尼龙轧带；接线端子；各类铜线接头；元件符号标识；铭牌；紧固件等。

柜体板材一般选用1.5～2.5敷铝锌钢板，门板材料为冷轧钢板，厚度不低于2 mm。

3.2 设备与工具

设备：绝缘摇表；中英文打号码管机；万用表；调试车；兆欧表等；

工具：克丝钳；尖嘴钳；活动扳手；剥皮钳；螺丝刀；压线钳；卷尺；电缆压接仪；电动枪等。

3.3 工艺准备

1）先根据柜体图纸[1]，将各零件组装成柜体并安装好各类支撑件；

2）根据图纸要求领取所需的各种电器元件并仔细核对型号、规格、尺寸等进行出库并进行拆包，保存好各类元器件的说明书及合格证等资料；

3）按图纸、技术条件、装配工艺要求进行装机，装配完毕后，着重检查元件规格型号，外观及安装位置是否完好及合理；

4）按图纸或工艺要求备齐二次配线所需材料，并核对型号、规格及进行外观检查；

5）检测已装配完成的产品是否干净，清除浮灰，保证产品在整个过程中的整洁度。

3.4 工艺过程及要求

1）回路标号（俗称号码管）：根据图纸导线容量选用相应规格的PVC线槽，6 mm2及其以下线径的导线均在导线的两端套上带有线号的套管并且压接适当的接线端子。

2）元件符号牌：用打号码管机在符号纸上打印元件符号，在元件的上方或左右上方的结构件上粘贴符号牌。

3）接线端子组装：按照图纸要求的接线端子规格、数量组装，在每片端子上插上标记号。

4）下线：根据产品型式及图纸，对整个产品走线方案先作全面的构思，可沿产品的一侧或两侧行线。如需两侧行线，同侧产品两侧的导线数量应做到基本保持均匀。要考虑布线的美观性，合理及节省导线，然后确定走线方案。

5）扎线：一般扎成圆形，使用尼龙轧带将线束扎紧。扎线前应将线束整理整齐，尽量避免跳线现象。

6）导线的弯曲走向：当导线需要弯曲转向时，应用手指或大排线钳进行弯曲，不能使用钳口锋利的尖嘴钳或克丝钳进行弯曲，以免损伤到线束的绝缘层。

7）导线的敷设：导线若要穿过金属板时套塑料管或在金属板上安装橡胶出线环。

8）线束固定：对全部采用线槽的产品，将导线顺次放入槽内，应避免交合。行线完毕后，要夹紧线槽盖。

9）剥线皮：接入元件接点的导线均稍留余量或从圆弧过渡接入接点，确定导线长度后，用剥皮钳和电工刀剥皮，剥皮时不能损伤芯线。

10）接头：端子的每个接点至多接两根导线。

4 验收规范

1）一般检查：外观、电气间隙和爬电距离、母线元件等；

2）回路测试，测试一次和二次回路电压等级是否满足要求；

3）机械操作实验：操作手柄和按钮等空载下是否操作灵活；

4）保护接地电路连续性：对被测设备接地进行目测后，实验仪器的接地端导线接在外部保护接地端子PE上，仪器测试端导线连接测试部位的外壳和相应保护接地装置上，随后记录实验结果，出示检验合格证明文件。

5 结语

低压配电柜的设计、制作方法是一个系统性的工程。在设计过程中应对各类负载类型有充分了解，并对配电系统的性能有充分的估算。

根据国际电工委员会（IEC）标准规定以及现行的国家标准《低压配电系统设计规范》的定义和要求，必须对低压配电系统进行保护接地和保护接零。低压配电系统分为IT、TT、TN三种形式。基于以上的规定，在设计相关的低压配电回路中应充分考虑规范及要求的指导，严格按照相关规范设计和制造低压配电装置。同时，还应继续完善设计方法，使低压配电柜趋于更合理、更优化。